Багатофункціональний оптоелектронний модуль

Багатофункціональний оптоелектронний модуль, що містить вхідне джерело світла, оптоелектронний ключ, першу, другу і третю електричні вхідні шини, шину живлення, загальну шину і в кожному розряді підсилювач, джерело світла, перший, другий і третій фотоприймачі, перші виводи яких підключені до входу підсилювача, перший вихід якого підключений до загальної шини, а другий - до першого виводу джерела світла, другий вивід якого підключений до шини живлення, перший фотоприймач оптично пов'язаний з джерелом світла свого розряду, другий фотоприймач - з джерелом світла наступного розряду, а третій фотоприймач - з джерелом світла попереднього розряду, в оптоелектронному ключі вхід підсилювача підключений до перших виводів обмежувального резистора і фотоприймача, перший вихід підсилювача підключений до другого виводу фотоприймача і до загальної шини, другий вивід обмежувального резистора підключений до шини живлення, який відрізняється тим, що для підвищення точності вимірювання тривалості вхідних сигналів пристрою, в нього введені п'ять волоконно U 2 (11) 1 3 вхід встановлення тригера є входом таймера, а вхід скидання з'єднаний з шиною "Скидання", другий вхід першого елемента І з'єднаний з прямим виходом тригера, виходи першого, другого і третього елементів І з'єднані відповідно з лічильними входами першого, другого і третього кільцевих лічильників, причому лічильники виконані кільцевими з оптичними входами, оптичні входи першого, другого і третього фотоприймачів відповідно з'єднані з першими оптичними виходами кільцевих лічильників, електричний вихід першого фотоприймача з'єднаний з електричним входом другого фотоприймача, електричний вихід якого з'єднаний з електричним входом третього фотоприймача, вихід якого є виходом таймера, оптичні входи четвертого і шостого фотоприймачів з'єднані відповідно з другими оптичними виходами першого і другого кільцевих лічильників, а оптичні входи п'ятого і сьомого фотоприймачів з'єднані з третіми оптичними виходами першого і другого кільцевих лічильників, електричний вихід четвертого фотоприймача з'єднаний з електричним виходом п'ятого фотоприймача і з другими входами другого і третього елементів І, електричний вихід шостого фотоприймача з'єднаний з електричним виходом сьомого фотоприймача і з третіми входами другого і третього елементів І, інформаційні виходи першого, другого і третього регістрів з'єднані з інформаційними входами відповідно першого, другого і третього кільцевих лічильників, вхід першого інвертора з'єднаний з входом скидання тригера, а вихід з'єднаний з електричними входами першого, четвертого, п'ятого, шостого і сьомого фотоприймачів, з входами скидання кільцевих лічильників і з першими входами регістрів, вхід другого інвертора з'єднаний з електричним виходом третього фотоприймача, а вихід з'єднаний з третім входом першого елемента І, вхід третього інвертора з'єднаний з шиною "Запис", а вихід з'єднаний з другими входами регістрів. Недоліком цього пристрою є порівняно вища складність і обмежені функціональні можливості, а також не висока швидкодія. Найбільш близьким до запропонованого є оптоелектронний модуль [Патент України № 51072, МПК Н03К23/00, від 25.06.2010, бюл. № 12], який містить в кожному розряді підключений до шини живлення регенеративний оптрон з джерела світла, фотоприймача та підсилювача, крім того, кожний розряд містить два послідовно з'єднаних фотоприймачі, об'єднані виводи яких підключені до входу регенеративного оптрона, а інші виводи - до відповідних вхідних шин, причому один з них оптично з'єднаний з джерелом світла попереднього розряду, інший - з джерелом світла наступного розряду, в нього введено RS-тригер, D-тригер, два елементи І, інвертор і джерело світла, а також четвертий фотоприймач у перший розряд, причому вхід встановлення початкового стану з'єднаний з S-входом і через інвертор з R-входом RS-тригера, прямий вихід RS-тригера з'єднаний з першим входом першого елемента І, а інверсний вихід з'єднаний з першим входом другого елемента І, вхід тактових імпульсів пристрою з'єднаний з входом синхронізації D-тригера, вхід скиду пристрою з'єд 60779 4 наний з інверсним S-входом D-тригера та другим виводом джерела світла, прямий вихід D-тригера з'єднаний з другим входом першого елемента І, а інверсний вихід з'єднаний з D-входом D-тригера та другим входом другого елемента І, вихід першого елемента І з'єднаний з першою вхідною шиною пристрою, вихід другого елемента І з'єднаний з другою вхідною шиною пристрою, перший вивід джерела світла з'єднаний з шиною живлення, а його вихід з'єднаний оптично з входом фотоприймача першого розряду пристрою, крім того, в кожному розряді другий вивід джерела світла з'єднаний з першим виводом підсилювача, перший його вивід і перший вивід першого фотоприймача з'єднані з шиною живлення, другий вивід першого фотоприймача з'єднаний з другим виводом підсилювача, який є входом регенеративного оптрона, третій вивід підсилювача підключений до загальної шини, крім того, джерело світла оптично з'єднано з першим фотоприймачем, вихід джерела світла першого розряду оптично з'єднаний з входом третього фотоприймача старшого розряду, вихід джерела світла якого оптично з'єднаний з входом четвертого фотоприймача першого розряду, перший вивід якого підключений до першої вхідної шини пристрою, а другий вивід підключений до входу регенеративного оптрона першого розряду. Недоліком цього пристрою є порівняно невисока точність вимірювання тривалості вхідних сигналів. Поставлена задача запропонованого пристрою вирішується тим, що, для підвищення точності вимірювання тривалості вхідних сигналів пристрою, в нього введені п'ять волоконнооптичних ліній зв'язку, в електронно-оптичний ключ - додаткове джерело світла і в кожний розряд - чотири додаткових фотоприймачі, перший вивід першого додаткового фотоприймача підключений до першої електричної вхідної шини, другий вивід до першого виводу другого додаткового фотоприймача, другий вивід якого підключений до входу підсилювача, перший вивід третього додаткового фотоприймача підключений до другої електричної вхідної шини, другий вивід - до другого виводу другого фотоприймача, перший вивід четвертого фотоприймача підключений до загальної шини, другий вивід - до другого виводу третього фотоприймача, перший вивід вхідного джерела світла підключений до загальної шини, другий вивід - до третьої електричної вхідної шини, вихід вхідного джерела світла через першу волоконно-оптичну лінію зв'язку з її відводами пов'язаний з першими додатковими фотоприймачами всіх розрядів, через перші відводи другої волоконно-оптичної лінії зв'язку - з другими додатковими фотоприймачами і через другі відводи другої волоконно-оптичної лінії зв'язку з третіми додатковими фотоприймачами, вихід додаткового джерела світла оптоелектронного ключа через відводи третьої волоконнооптичної лінії зв'язку оптично пов'язаний з четвертими додатковими фотоприймачами всіх розрядів, вихід вхідного джерела світла через четверту волоконно-оптичну лінію зв'язку пов'язаний з фотоприймачем оптоелектронного ключа, джерело світ 5 ла кожного розряду пов'язаний з третім фотоприймачем наступного розряду через п'яту волоконно-оптичну лінію зв'язку (креслення). На кресленні представлена принципова схема запропонованого оптоелектронного модуля. Оптоелектронний модуль містить вхідне джерело 1 світла, оптоелектронний ключ 2, першу, другу і третю електричні вхідні шини 3-5, шину 6 харчування, загальну шину 7 і в кожному розряді підсилювач 8, джерело 9 світла, перший, другий і третій фотоприймачі 10-12, перші виводи яких підключені до входу підсилювача 8, перший вихід якого підключений до загальної шини 7, а другий до першого виводу джерела 9 світла, другий вивід якого підключений до шини 6 живлення, перший фотоприймач 10 оптично пов'язаний з джерелом 9 світла свого розряду, другий фотоприймач 11-з джерелом 9 світла наступного розряду, а третій фотоприймач 12 - з джерелом 9 світла попереднього розряду, в оптоелектронному ключі 2 вхід підсилювача 13 підключений до перших виводів обмежувального резистора 14 і фотоприймача 15, перший вихід підсилювача підключений до другого виходу фотоприймача 15 і до загальної шини 7, другий вивід обмежувального резистора 14 підключений до шини 6 живлення. Крім того, пристрій містить п'ять волоконнооптичних ліній 16-20 зв'язку, електронно-оптичний ключ 2 - додаткове джерело 21 світла і кожний розряд - чотири додаткових фотоприймачі 22-25. Перший вивід додаткового фотоприймача 22 підключений до першої електричної вхідної шини З, другий вивід - до першого виводу другого додаткового фотоприймача 23, другий вивід якого підключений до входу підсилювача 8, перший вивід третього додаткового фотоприймача 24 - до другої електричної вхідної шини 4, другий вивід - до другого виводу другого фотоприймача 12, перший вивід четвертого фотоприймача 25 підключений до загальної шини 7, другий вивід - до другого виводу другого фотоприймача 11, перший вивід вхідного джерела 1 світла підключений до загальної шини 7, другий вивід -до третьої електричної вхідної шини 5, вихід вхідного джерела 1 світла через першу волоконно-оптичну лінію 16 зв'язку з її відводами 26 пов'язаний з першими додатковими фотоприймачами 22 всіх розрядів, через перші відводи 27 другої волоконно-оптичної лінії 17 пов'язаний з другими додатковими фотоприймачами 23 і через другі відводи 28 другої волоконнооптичної лінії 17 зв'язку з третіми додатковими фотоприймачами 24, вихід додаткового джерела 21 світла оптоелектронного ключа 2 через відводи 29 третьої волоконно-оптичної лінії 18 зв'язку оптично пов'язаний з четвертими додатковими фотоприймачами 25 всіх розрядів, вихід вхідного джерела 1 світла через четверту волоконнооптичну лінію 19 зв'язку пов'язаний з фотоприймачем 15 оптоелектронного ключа 2, джерело 9 світла кожного розряду пов'язаний з третім фотоприймачем наступного розряду через п'яту волоконно-оптичну лінію 20 зв'язку. Елементи 8-10 утворюють регенеративний оптрон, а елементи 11, 12 і 22-25 - ланцюги його запуску. 60779 6 Пристрій працює наступним чином. Інформація в пропонованому модулі в момент запису може представлятися як в одинично-позиційному, так і в одинично-нормальних кодах, а під час фіксації вона представляється тільки в одиничнопозиційному коді. Для готовності модуля до запису інформації, на шину 6 подається напруга живлення. Пристрій може працювати в двох режимах, а саме в режимі вимірювання різних відрізків часу і режимі підсумовування вхідної інформації. Для роботи пристрою в режимі вимірювання різних відрізків часу на першу електричну вхідну шину 3 подається постійний "високий" рівень позитивного потенціалу, а вимірюваний "високий" рівень позитивного потенціалу з тривалістю, що дорівнює tвим , подається на третю електричну вхідну шину 5. Відстань L1 між першими відводами 27 другої волоконно-оптичної лінії 17 зв'язку можна змінювати, а довжина всіх відводів L 0 і відстань L 2 між відводами 26 першої волоконно-оптичної лінії 16 зв'язку повинна бути набагато менше L1 , тобто волоконно-оптична лінія 15 зв'язку може являти собою пучок світловодів однакової довжини для одночасної подачі оптичних сигналів на входи фотоприймачів 22 всіх розрядів пристрою. Якщо на перший додатковий фотоприймач 22 від світловипромінювача через відвід 26 волоконно-оптичної лінії 16 зв'язку надходить оптичний сигнал, а на другий додатковий фотоприймач 23 від додаткового світловипромінювача через перший відвід 27 другої волоконно-оптичної лінії 17 зв'язку не надходить оптичний сигнал, то на вхід підсилювача 8 не надходить "високий" позитивний потенціал з першої електричної вхідної шини 3, а отже, регенеративний оптрон не збуджується. З надходженням світлового сигналу від світловипромінювача через перший відвід 27 другої волоконно-оптичної лінії 17 зв'язку сигнал з першої електричної вхідної шини 3 надходить на вхід підсилювача 8, який відкривається, і на першому фотоприймачеві 10 від світловипромінювача 9 з'являється оптичний сигнал. Таким чином, за рахунок організації позитивного зворотного зв'язку, реалізованого на фотоприймачі 10, підсилювач 8 не закривається і після закінчення сигналу на його вході. Вимірювання різних інтервалів часу з точністю, що визначається кількістю розрядів N , проводиться шляхом відповідної зміни відстані L1 між першими відводами 27 другої волоконно-оптичної лінії 17 зв'язку, яке обчислюється за формулою: tвимір L1  Vconst , N де Vconst - швидкість поширення світла, яка є постійною величиною. Час проходження світла відстані L1 обчислюється за формулою: tвимір L1  N 7 Це дає можливість вимірювати відрізки часу з точністю, що визначається кількістю розрядів N . Нехай на першу електричну вхідну шину 3 подається постійний "високий" позитивний потенціал, а на третю електричну вхідну шину 5 вступає "високий" позитивний потенціал з тривалістю, що дорівнює tвимір , отже, джерело 1 світла випромінює світло на перші додаткові фотоприймачі 22 всіх розрядів і на фотоприймач 15 оптоелектронного ключа 2 через четверту волоконно-оптичну лінію 10 зв'язку. Отже, струм в оптоелектронному ключі 2 протікає від шини 6 живлення через резистор 14 і фотоприймач 15, напруга на вході підсилювача 13 знижується, що замикає його джерело 21 світла оптоелектронного ключа 2, не випромінює світло. Надійне замикання підсилювача 13 оптоелектронного ключа 2 і будь-якого розряду модуля здійснюється за рахунок того, що підсилювач являє собою транзистор типу n  p  n , у коло емітера якого введено позитивний зсув, необхідний для обнулення оптоелектронного ключа 2 і регенеративних оптронів розрядів у випадку, якщо на фотоприймачах 11 і 25 присутній оптичний сигнал. Затримка зникнення сигналу на фотоприймачі 23 не береться до уваги, оскільки довжина світловоду, представленого першою волоконнооптичною лінією 16 зв'язку та її відводів 26 набагато менше h1 , і прямує до нуля, і, отже, під час зникнення сигналу на фотоприймачі 23 оптичний сигнал на фотоприймачі 22 не присутній і потенціал з шини 3 не подається на вхід підсилювача 8. У свою чергу, на фотоприймачі 25 присутній оптичний сигнал, який у разі присутності оптичного сигналу на фотоприймачі 11 замикає підсилювач 8. Нехай точність визначається кількістю розрядів N  3 , отже, tвимір L1  Vconst , 3 3L1 tвимір  . Vconst Через час, що дорівнює L1  макс.сер збуджується (і-і)-й розряд, через час 2L1  макс.сер збуджується і-й розряд, тощо, де L1 - час проходження оптичним сигналом відстані L1  макс.сер час присутності оптичного сигналу на другому додатковому фотоприймачі 23, або максимальний час спрацьовування регенеративного оптрону. У момент присутності імпульсу на шині 5 на фотоприймачі 11 (і-1)-го розряду присутній оптичний сигнал від джерела 9 світла і-ro розряду, а на фотоприймачі 11 і-го розряду також присутній світловий сигнал. Після закінчення імпульсу на вхідній шині 5 гасне джерело 1 світла і на фотоприймачі 16 оптоелектронного ключа 2, а також на фотоприймачах 22 та 23 пропадає оптичний сигнал. Джерело 21 світла оптоелектронного ключа 2 випромінює світло через третю волоконно-оптичну лінію 18 зв'язку та відводи 29, відстань між якими 60779 8 дорівнює L 3 , на фотоприймачі 25. У зв'язку з цим, в залежності від відстані L3 послідовно обнуляються (і-1)-й і і-й розряди через час, що задається відстанню між відводами 29 третьої волоконнооптичної лінії 18 зв'язку. У цьому випадку довжина L 3 не повинна прямувати до нуля, але вона повинна бути набагато меншою довжин L1 , L 4 , L 5 і більше L 2 , L 0 . Розряди обнуляються за рахунок того, що підсилювач 8 кожного розряду замикається, оскільки опір фотоприймачів 11 і 25 стає таким низьким, що зменшує вхідну напругу підсилювача 8 до величини напруги замикання. Після закінчення імпульсу через час, що дорівнює 2L3 , у збудженому стані залишається (і+1)-й розряд, номер якого визначає величину часового інтервалу в одинично-позиційному коді. У даному режимі процес вимірювання відбувається в одинично-нормальному коді, а фіксація результату в одинично-позиційному коді. Для роботи модуля в режимі "Додавання" на другу електричну вхідну шину 4 подають "високий" позитивний потенціал, а на третю електричну вхідну шину 5 - послідовність імпульсів, кількість яких рахує модуль в одинично-позиційному коді. У цьому режимі на відстань L 4 між другими відводами 28 другої волоконно-оптичної лінії 17 зв'язку, а також на довжину L 5 п'ятої волоконнооптичної лінії 20 зв'язку накладаються наступні обмеження: L4  L5 , а отже, макс.спр.  L 4  L 5 , де L 4 , L 5 - час проходження світлом довжиL L ни 4 і довжини 5 відповідно. Крім того, L 5  L 4  Tмін.  макс.спр. . але мін.  макс.спр. для надійного спрацювання регенеративного контролю, де Tмін. - мінімальний період слідування імпульсів. Нехай на третю електричну вхідну шину 5 приходять три імпульси, а (і–2)-й розряд знаходиться в збудженому стані, тобто на фотоприймач 12 (і– 1)-го розряду через час L 5 подається оптичний сигнал. З приходом першого імпульсу джерело 1 світла випромінює світло, яке надходить на фотоприймач 24 через яку волоконно-оптичну лінію 17 зв'язку і її другий відвід 28. Це дає можливість через час L 5 спрацьовувати (і-і)-у розряду. Після закінчення імпульсу джерело 21 світла оптоелектронного ключа 2 випромінює світло, що йде на четверті додаткові фотоприймачі 25 і за рахунок присутності світла від світло випромінювача 9 (і-і)го розряду на третьому фотоприймачі 11 (і-2)-го розряду, скидається (і–2)-й розряд. З приходом другого імпульсу порушується і-й розряд, а по закінченні обнуляється (і-і)-й розряд. З приходом 9 60779 третього імпульсу збуджується (і+1)-й розряд, а по закінченні - обнуляється і-й розряд. Після закінчення трьох імпульсів у збудженому стані перебуває (і+1)-й розряд. Таким чином, за станом модуля видно, в одинично-позиційному коді записаної інформації додаються три імпульсу. Затримка на L 5 необхідна для того, щоб у режимі "Додавання" не спрацьовувало кілька розря Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 10 дів модуля, тобто якщо б не було затримки на L 5 , то оптичний сигнал від світловипромінювача попереднього розряду миттєво надходив би на фотоприймач 12 наступного розряду, а оптичний сигнал світловипромінювача не встиг би пройти повз фотоприймача 24, що призвело б до помилкового спрацьовування наступного розряду. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601